近日，日本汽車廠商本田宣布，自2021年8月開始，終止以氫氣為燃料的氫燃料電池車(FCV)的生產。
無獨有偶，今年年初，日產也宣布暫停與戴姆勒及福特合作開發(fā)FCV計劃，將力量集中于發(fā)展電動汽車。
此前，日本是FCV的重要擁躉，是目前擁有加氫站最多的國家。日產、本田相繼宣告退出，是否預示著新能源汽車的氫能路線行不通了?
對此，中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所(簡稱大連化物所)研究員衣寶廉對《中國科學報》明確回應：“本田宣布停產FCV，不過是FCV發(fā)展過程中的插曲，不會影響堅定發(fā)展FCV的初心與信念。”
“我國氫能會獲得快速發(fā)展。”衣寶廉對中國FCV產業(yè)的未來充滿信心。但他也強調，降低成本是當前必須攻克的難點。
FCV具有更高安全性
“汽車在轉型，電動化、智能化、網聯(lián)化時代，什么事都有可能發(fā)生，正像一直有人報道鋰離子電動車燃燒爆炸一樣。”對于日本FCV出現(xiàn)的“插曲”，衣寶廉回應道。
“氫能利用的突破口是FCV。但現(xiàn)在FCV沒有政府補貼，企業(yè)是賠錢的。”衣寶廉說，“中國因為有地方政府或特殊企業(yè)買單，F(xiàn)CV還有市場，所以豐田、現(xiàn)代、巴拉德等紛紛進入中國。”
衣寶廉介紹，本田FCV技術幾經變動，并沒有大量進入市場，還需技術創(chuàng)新和降低成本。因此本田FCV在停產的同時，還在聯(lián)手美國通用繼續(xù)發(fā)展FCV技術。
實際上，F(xiàn)CV與傳統(tǒng)內燃機汽車很相似，只不過FCV的動力燃料主要是氫能。
“FCV的氫瓶相當于傳統(tǒng)汽車的油箱，燃料電池發(fā)動機相當于內燃機，但傳統(tǒng)汽車的尾氣排放是污染物，氫燃料電池車的尾排是水。”衣寶廉認為，與其他電動車(混合動力車、純電動汽車)相比，F(xiàn)CV具有續(xù)駛里程長、動力性能高、燃料加注時間短、安全性好等優(yōu)點。
他解釋說，由于燃料電池的比能量高，可達0.5~1.0KWH/Kg，因此特別適合重載卡車或大客車;同時，F(xiàn)CV續(xù)駛里程、加氫時間、駕駛舒適性均可與燃油車媲美。此外，由于FCV的電堆與氫罐分開，不會產生爆炸，因而提高了發(fā)動機的安全性。
衣寶廉提到，人們已經習慣于以汽油作燃料，對氫氣這種燃料還缺乏了解。事實上，氫的物理特性讓其更能保障應用安全。
“在開放空間，氫氣的擴散系數是汽油的12倍。利用氫易于檢測、擴散速度快等特點，在可能有氫泄漏的地方加裝氫傳感器，一旦氫濃度高于千分之五，聯(lián)動風機自動啟動，可確保氫安全。”他說。
退一步講，即便發(fā)生爆炸事故，氫的危險程度也更小。衣寶廉解釋說：“發(fā)生爆炸時，由于密度遠低于空氣，氫氣燃料會迅速上升擴散，爆炸將發(fā)生在氣源上方;對比而言，汽油發(fā)生爆炸是在燃料的泄漏處，危險程度遠大于氫氣。數據顯示，汽油的爆炸能量是相同體積氫氣的22倍。”
降低成本是攻克難點
FCV優(yōu)點顯著，但成本等制約其發(fā)展的因素也擺在桌面上：目前不僅燃料電池發(fā)動機貴，加氫站的建設成本、制氫加氫成本等都居高不下。
此前，在2021全球智慧出行大會暨第二屆中國(南京)國際新能源和智能網聯(lián)汽車展覽會上，衣寶廉列出一組數字：由于燃料電池發(fā)動機貴，導致一輛車售價是燃油車的2~3倍，是鋰離子電池車的1.5~2倍;一座加氫站的建設費用達1200萬~1500萬元;高成本的加氫站導致加氫費用居高不下，當前每公斤60~80元。
“只有加氫費用降到每公斤30元以下，F(xiàn)CV才能與燃油車競爭。”衣寶廉說，要實現(xiàn)無補貼的FCV商業(yè)化，必須大幅度降低燃料電池發(fā)動機和氫氣成本，同時降低加氫站建設費用，“這些是必須要攻克的難點”。
要想降低FCV成本，就要從燃料電池上做文章。而燃料電池的基本單元——單電池由膜電極組件(MEA，由電解質膜、電催化劑、擴散層等組成)和雙極板組成。因此，降低成本的技術創(chuàng)新還要從膜電極組件入手。
衣寶廉介紹，大連化物所相關研究團隊已經通過改進電催化劑、質子交換膜，提高MEA性能、探索MEA批量生產技術等科技攻關，取得了一定進展。比如，他們制取的“超小鉑銅合金催化劑”，質量比活性是傳統(tǒng)鉑碳催化劑的3.8倍;通過優(yōu)化MEA催化層、氣體擴散層的配方和工藝，提高了MEA性能、降低了鉑用量等。基于這些研究成果，他們開發(fā)了不同功率和規(guī)格的系列化燃料電池電堆，并在一些新能源車型中試用。
“實現(xiàn)燃料電池關鍵材料和部件國產化、批量生產，同時提高電堆的比功率，就可以大幅度降低燃料電池發(fā)動機的成本，進而降低FCV成本。”衣寶廉說，此外，還要依據工況和電堆適宜運行條件制定控制策略，確保電池系統(tǒng)可靠性與耐久性。
關鍵在于“綠氫”
FCV降成本靠電池，那加氫降成本靠什么?衣寶廉給出的“錦囊”是，優(yōu)化制氫來源和儲運方式。
制氫方案有3種：工業(yè)副產制氫、化石燃料制氫和可再生能源制氫(綠氫)。“關鍵在于‘綠氫’。”衣寶廉表示，“有了綠氫，燃料電池就是氫轉化為電的最適宜技術，會獲得快速進展，特別是氫燃料卡車與商用車，用高比能量的燃料電池優(yōu)于鋰離子電池。商用車進展反過來還會促進燃料電池的進步和乘用車商業(yè)化。”
衣寶廉說，我國僅四川、云南兩地每年棄水電量就超過400億千瓦時，三北地區(qū)棄風電量近500億千瓦時，西北五省區(qū)平均棄光率20%。若將棄風、棄水、棄光電量用于電解制氫，年產可達300萬噸。
因此，他建議應利用豐富的可再生能源，大力發(fā)展目前較為成熟的質子交換膜(PEM)電解水制氫，然后采用管網輸送氫氣——借道天然氣管網，在需要氫氣的地方，當氫濃度高時(如大于5%)，可采用膜分離器從天然氣和氫混合物中提取純氫;當氫濃度低時，可抽取等熱值天然氣進行重整制氫。如此，加氫成本可降至每公斤30元以下，“就可以和燃油車競爭了”。
據了解，大連化物所開展PEM電解水技術研發(fā)20多年，已趨成熟。2020年，他們承擔了國網安徽省電力有限公司兆瓦級氫能綜合利用站科技示范項目，采用的就是PEM電解水制氫。
此外，衣寶廉還給降低加氫站建設成本提供了一個“錦囊”：“實現(xiàn)氫氣壓縮機、高壓儲氫瓶等國產化和批量生產，建油、氫、電合建站，從而大幅度降低加氫站建設費用。”
“基于上述‘錦囊’，我們可以先商業(yè)化對加氫站依賴度低的商用車，待加氫站達到一定密度后，再示范、商業(yè)化DCV乘用車。”衣寶廉最后表示。
